DE2527493A1 - MICROCHANNEL PLATE WITH ROUNDED ENTRANCE SURFACE AND METHOD OF MANUFACTURING SUCH A PLATE - Google Patents
MICROCHANNEL PLATE WITH ROUNDED ENTRANCE SURFACE AND METHOD OF MANUFACTURING SUCH A PLATEInfo
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Description
PHF.7fr-562. • ·-*-* . SCH/VJM/Deen PHF.7fr-562. • · - * - *. SCH / VJM / Deen
L.E.P. . /i_5_1975.L.E.P. . / i_5_1975.
..s PHF 74-562
19. Juni 1975.. s PHF 74-562
June 19, 1975
Mikrokanalplatte mit gerundeter Eingangsfläche und Verfahren zum Herstellen einer derartigen Platte.Microchannel plate with rounded entry surface and procedure for making such a plate.
Die Frfindung betrifft eine Mikrokanalplatte, bei der die Innenflächen der Kanäle mit sekundärem emittierendem Material bedeckt sind und die Kanaleingänge konisch auslaufen. Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Mikrokanalplatte. The invention relates to a microchannel plate, in which the inner surfaces of the channels are covered with secondary emissive material and the channel entrances run out conically. The invention further relates to a method for producing such a microchannel plate.
Mxkrokanalplatten mit innerer Elektronenemission sind in Form dünner planparalleler Scheiben bekannt, bei denen die Kanäle normalerweise parallel zueinander verlaufen und zwei Haupt flächen oder Endflächen der Mikrokanalplatte miteinander verbinden. An den Endflächen umfasst die Oberfläche der gesamtenMicrochannel plates with internal electron emission are in the form of thin plane-parallel disks known in which the channels are usually parallel to each other and two main surfaces or end surfaces the microchannel plate with each other. At the end faces the surface covers the entire
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Mikrokanäle z.B. 67$ der Gesamtfläche, während die restlichen 33$ durch die Kanalwände umfasst wird.Microchannels e.g. $ 67 of the total area, while the remaining $ 33 is encompassed by the canal walls.
In einer photoelektrischen Anordnung, in der z.B. ein Verstärkereleraent in Form einer Mikrokanalplatte verwendet wird, prallt also ein Teil der von der Photokathode ausgesandten Primärelektronen am Eingang der Kanalplatte auf die Endflächen der Wände dieser Kanäle. Diese Elektronen haben eine Energie, die zur Bildung von Sekundärelektronen ausreicht.In a photoelectric arrangement in which e.g. an amplifier element in the form of a microchannel plate is used, so some of the primary electrons emitted by the photocathode collide at the entrance of the Channel plate on the end faces of the walls of these channels. These electrons have an energy that is necessary for the formation of Secondary electrons is sufficient.
Die bevorzugte Richtung, in der diese Sekundärelektronen die Endfläche verlassen, steht senkrecht auf den erwähnten Oberflächen. Es gibt dadurch zahlreiche Elektronen, die keinen Beitrag zur Bildverstärkung liefern, nämlich diejenigen Elektronen, die in der erwähnten Richtung1 verschwinden. Die Folge davon ist, dass der Verstärkungsfaktor des Bildverstärkers herabgesetzt wird.The preferred direction in which these secondary electrons leave the end face is perpendicular to the surfaces mentioned. As a result, there are numerous electrons which do not contribute to the image intensification, namely those electrons which disappear in the mentioned direction 1. The consequence of this is that the gain factor of the image intensifier is reduced.
In der französischen Patentschrift Nr.In French patent specification no.
1.565*868 wird eine Mikrokanalplattenstruktur beschrieben', bei der die Eingänge der Mikrokanäle derart aufgeweitet worden sind, dass an der Eingangshauptoberflache der Platte die Wände der.erwähnten Kanäle einen geringeren Oberflächenteil einnehmen als in der bekannten Mikrokanalplattenstruktur, was zur Erhöhung des Einfangens der Primärelektronen- und des Verstärkungseffekts der Platte beiträgt.1.565 * 868 a microchannel plate structure is described ', in which the inputs of the microchannels have been widened in such a way that the main input surface of the Plate the walls of the above-mentioned channels a smaller one Occupy part of the surface than in the known microchannel plate structure, which increases the capture of the primary electron and the amplification effect of the Plate contributes.
Faktisch wiz'd in der erwähnten französischen Patentschrift kein Verfahren zum Herstellen einer der-In fact, in the aforementioned French patent specification, there is no method for producing one of the
. , 603809/0854. , 603809/0854
PHF.7^-562. 4-5-1975.PHF.7 ^ -562. 4-5-1975.
artigen Mikrokanalplatte genau angegeben.like microchannel plate precisely indicated.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, wenigstens einen Teil der Elektronen, die am Eingang bekannter Mikrokanalplatten durch die Kanalwände verloren gehen, zurückzugewinnen, wodurch diese zurückgewonnenen Elektronen zur Verstärkung beitragen können.It is the object of the invention to at least part of the electrons known at the entrance Microchannel plates are lost through the channel walls, regaining them, thereby recovering these recovered electrons can contribute to reinforcement.
Dann wird die Geometrie der Kanalwände am Eingang der Mikrokanalplatten geändert, ohne dass dabei die Homogenität der Glasstruktur beeinträchtigt wird, aber dass dabei die Glasstruktur hinsichtlich des Volumens als auch der Oberfläche vereinheitlicht wird, um auf diese Weise das Auftreten von Streusignalen zu. verhindern, die bei .Strukturänderung des Glases durch die dabei auftretenden Feldeffekte auftreten können.Then the geometry of the channel walls at the entrance of the microchannel plates is changed without this the homogeneity of the glass structure is impaired, but that the glass structure in terms of volume as well as the surface is unified in order to prevent the occurrence of stray signals. impede, which can occur in the case of a structural change in the glass due to the field effects that occur.
Die Erfindung basiert auf der Einsicht, dass beim Ausgang der Mikrokanalplatte immer eine starke Vergrösserung des Lichtflecks auftritt, die Sekundärelektronen aus einem. Kanal entspricht. Die erwähnte Vergrösserung kann der Querabmessung von z.B. 15 Kanälen entsprechen. Wenn also ein sekundäres Elektron, das die Folge eines Zusammenpralls mit der Wand des betrachteten Kanals an der Eingangsseite der Mikrokanalplatte ist und durch eine schräge Bewegungsrichtung von einem benachbarten Kanal eingefangen wird, wird beim Ausgang das erwähnte Elektron einen Lichtfleck verursachen, die in bezug auf seiner Querabmessung äusserst wenig in bezug auf den zuerst betrachteten Lichtfleck verschoben ist.The invention is based on the insight that at the exit of the microchannel plate there is always a strong Enlargement of the light spot occurs, the secondary electrons from one. Channel corresponds. The mentioned enlargement can correspond to the transverse dimension of e.g. 15 channels. So if a secondary electron that the The result of a collision with the wall of the channel under consideration on the input side of the microchannel plate is and is caught by an inclined direction of movement of an adjacent channel, the above-mentioned will appear at the exit Electron cause a light spot, which is extremely little in terms of its transverse dimension is shifted to the light spot viewed first.
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PHF.7^-562.PHF.7 ^ -562.
4-5-1975.4-5-1975.
Förderung des erwähnten Eingangsvorgangs vergrössert die Wirksamkeit der elektronischen Verstärkung nahezu ohne Herabsetzung des Auflösungsvermögens.Promoting the aforementioned input process increases the effectiveness of the electronic amplification almost without Decrease in resolving power.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch verwirklicht, dass das Ende der Kanalwände eine gerundete Form an der Eingangsseite der Mikrokanalplatten erhält. Hierdurch entsprechen senkrechte Richtungen an den erwähnten Enden schrägen Richtungen in bezug auf die Eingangsoberfläche der Kanäle und es gelangen weiter die Primärelektronen, die senkrecht auf der erwähnten Eingangsoberfläche orientiert sind, gemäss einer schrägen Richtung an das gerundete Ende der Wände.According to the invention, this is achieved by that the end of the channel walls is given a rounded shape on the entry side of the microchannel plates. Through this perpendicular directions at the mentioned ends correspond to oblique directions with respect to the input surface of the channels and the primary electrons pass, which are perpendicular to the aforementioned input surface are oriented, according to an oblique direction to the rounded end of the walls.
' Die Bedeutung der erwähnten Kennzeichen ist zweierlei: einerseits ist es so, dass bei senkrechten Zusammenstössen primärer Elektronen die Emission sekundärer Elektronen am stärksten ist, wobei auf diese Weise gebildete sekundäre Elektronen durch die schräge Richtung in bezug auf die Eingängsoberfläche durch benachbarte , Kanäle leicht eingefangen werden können; zum anderen wird das Ausmaes der sekundären Elektronenemission durch die weniger streifende Einfallsrichtung vergrössert, in der das primäre Elektron die Kanalwand trifft.'The meaning of the marks mentioned is twofold: on the one hand, it is the case that with vertical Collision of primary electrons the emission of secondary electrons is strongest, being in this way secondary electrons formed by the oblique direction with respect to the input surface by neighboring, Channels can be easily captured; on the other hand, the extent of the secondary electron emission is determined by the the less grazing direction of incidence, in which the primary electron hits the channel wall, is enlarged.
In verschiedenen Anwendungen hat die Erfindung die gleichen Vorteile, wenn die erwähnte Mikrokanalplatte statt in der -Verwendung zum Detektieren von.Primär- · elektronen zum direkten Detektieren ultravioletter elektromagnetischer Strahlung, Röntgenstrahlung, GammastrahlungIn various applications, the invention has the same advantages when the mentioned microchannel plate instead of being used to detect primary electrons for direct detection of ultraviolet electromagnetic radiation, X-rays, gamma rays
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PHF.7^-562, 4-5-1975.PHF.7 ^ -562, 4-5-1975.
oder Teilchenstrahlung, wie α, -Teilchen oder Ionen, usw. verwendet wird.or particle radiation such as α, particles or ions, etc. is used.
In allen Ausführungsformen einer Mikrokanalplatte, deren Kanalenden gerundet sind, ist es möglich, das Einfangen am Eingang der Mikrokanalplatte zu verstärken und die Wirksamkeit der Detektion zu vergrössern. In all embodiments of a microchannel plate, the channel ends of which are rounded, it is possible to increase the capture at the entrance of the microchannel plate and to increase the effectiveness of the detection.
Die Erfindung bezieht sich gleichfalls auf ein Verfahren zur Bildung der gewünschten gerundeten Form am Ende der erwähnten Mikrokanäle. Dieses Verfahren besteht darin, dass die Kanalwände am Eingangshauptober— fläche erwärmt werden, um auf diese Weise das Glas in den Erweichungszustand zu bringen und nach der Beeinflussung durch Ziehspannungen, z.B. durch die Schwerkraft, und nach Beeinflussung durch Oberflächenspannungen zu erkalten.The invention also relates to a method of forming the desired rounded ones Form at the end of the mentioned microchannels. This procedure consists in removing the canal walls at the main entrance surface are heated in order to bring the glass into the softening state and after the influence by drawing stresses, e.g. by gravity, and after being influenced by surface tensions to cool off.
Das erwähnte Verfahren bedexitet eine Verbesserung eines bekannten Verfahrens zum Schleifen des Glases, welches Verfahren ϊη der Zeitschrift "Verres et Refractaires", Band 23, Nr. 6, Seiten 693...697, Veröffentlichung November-Dezember 19^9» angegeben ist.The aforementioned method is an improvement a known method for grinding the glass, which method ϊη of the journal "Verres et Refractaires ", Volume 23, No. 6, Pages 693 ... 697, publication November-December 19 ^ 9 »is indicated.
Erfindungsgemäss ist eine Mikrokanalplatte der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Wände der gesonderten Kanäle gerundet sind.According to the invention is a microchannel plate of the type mentioned at the outset, characterized in that the ends of the walls of the separate channels are rounded.
Neben einem Verfahren zum Erhalten der erwähnten gerundeten Form bezieht sich die Erfindung gleichfalls auf die Verwendung derartiger Mikrokanalplatten in Bildverstärkerröhren, PhotovervielfacherröhrenThe invention relates to a method for obtaining the mentioned rounded shape also to the use of such microchannel plates in image intensifier tubes, photomultiplier tubes
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PHP.74-562. 4-5-1975.PHP.74-562. 4-5-1975.
oder Teilchendetektoren.or particle detectors.
Nachstehend weiden einige bevorzugte Ausführungsformen nach der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:Below are some preferred embodiments according to the invention with reference to the drawing explained in more detail. It shows:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine Struktur einer bekannten Mikrokanalplatte,1 shows a section through a structure of a known microchannel plate,
Fig. 2 einen Schnitt durch eine Struktur einer Mikrokanalplatte nach der Erfindung, und2 shows a section through a structure of a microchannel plate according to the invention, and
Fig. 3 eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens.3 shows an embodiment of the inventive Procedure.
Eine Kanalplatte nach Fig. 1 zeigt eine Ausgangshauptoberfläche 12, die durch Kanäle I7, 18 und I9 mit Kanalwänden 131 i4, 15 und 16 verbunden ist. Die Begrenzungen dieser Wände fallen mit der Eingangs- und mit der Ausgangsoberfläche der Mikrokanalplatte zusammen.A channel plate according to Fig. 1 shows an exit major surface 12, which is formed by channels I7, 18 and I9 is connected to channel walls 131 i4, 15 and 16. The limitations these walls coincide with the entrance and exit surfaces of the microchannel plate.
. Die Endflächen der Mikrokanalplatte sind beide mit einer* nicht dargestellten Metallschicht zum Anlegen eines elektrischen Feldes über die Platte bedeckt.. The end surfaces of the microchannel plate are both covered with a * metal layer (not shown) for application of an electric field across the plate.
Ein primäres Elektron 10 bewegt sich z.B.A primary electron 10 moves e.g.
zur Wand 14 hin und' berührt diese Wand in einem Punkt A. Die Richtungsverteilung für Sekundärelektronen vom Punkt A aus ist mit einem Kreis 9 angegeben. Durch das Einfangen eines Elektrons im Punkt A ist die Wahrscheinlichkeit sekundärer Elektronenemission in Richtung senkrecht auf der Mikrokanalplattenoberflache 11 im Punkt A maximal. Die in dieser Richtung ausgesandten Elektronen, z.B. ein Elektron 8, tragen nicht zur Verstärkung bei.towards wall 14 and 'touches this wall at a point A. The directional distribution for secondary electrons from point A is indicated by a circle 9. By capturing of an electron at point A is the probability of secondary electron emission in the direction perpendicular to the microchannel plate surface 11 at point A maximum. The electrons emitted in this direction, e.g. an electron 8, do not contribute to the amplification.
803809/085k 803809/085 k
PHF.7^-562,PHF.7 ^ -562,
In Fig. 2 sind die Wände 13, 1^, 15 und 16 an der Seite der Eingangshauptoberfläche gerundet, und zwar derart, dass im Querschnitt die Enden durch Profile 21, 22, 23 und 2k wiedergegeben" werden.In Fig. 2, the walls 13, 1 ^, 15 and 16 are rounded on the side of the main entrance surface in such a way that the ends are represented in cross section by profiles 21, 22, 23 and 2k .
Ein Elektron 9 trifft die Wand 14 in einem Punkt B. Für diesen Punkt gibt ein Kreis k die Sekundäremissionrichtungsverteilung an. Die Wahrscheinlichkeit des Ausstrahlens sekundärer Elektronen ist in einer Richtung 5 maximal, die in bezug auf die Eingangshauptoberfläche schräg ist. Zwei Elektronen 6 und 7, die in der erwähnten Richtung ausgesandt werden, können durch die Kanäle 18 und 19 eingefangen werden und auf diese Weise zur Verstärkung beitragen.An electron 9 hits the wall 14 at a point B. For this point, a circle k indicates the secondary emission direction distribution. The probability of emitting secondary electrons is maximum in a direction 5 which is inclined with respect to the entrance main surface. Two electrons 6 and 7, which are emitted in the mentioned direction, can be captured by the channels 18 and 19 and in this way contribute to the amplification.
Aus den bereits erwähnten Gründen in bezug auf das Vergrössern des kanalweise erzeugten Lichtflecks (z.B. ein Leuchtschirm) am Ausgang der Mikrokanalplatte wird das Auflösungsvermögen der Anordnung, zu der eine derartige Kanalplatte gehör.t, nahezu nicht verringert, während die Wirksamkeit der Detektion und die Verstärkung grosser sind.For the reasons already mentioned in relation to the enlargement of the light spot generated channel by channel (e.g. a fluorescent screen) at the output of the microchannel plate, the resolution of the arrangement to which one Such a channel plate belongs.t, almost not reduced, while the effectiveness of the detection and the amplification are bigger.
Fig. 3 zeigt schematisch eine Anordnung, die das Verfahren zum Herstellen einer derartigen Kanalplatte veranschaulicht. Die Anordnung befindet sich in einem nicht dargestellten Raum, in dem ein Vakuum zwischen z.B.Fig. 3 shows schematically an arrangement which the method for producing such a channel plate illustrated. The arrangement is located in a space not shown in which a vacuum is created between e.g.
-5-6
10 und 10 mm Quecksilber aufrechterhalten wird.-5-6
10 and 10 mm of mercury is maintained.
In der Figur ist eine Mikrokanalplatte 30 angegeben, deren ursprüngliche Eingangs- und Hauptober-In the figure, a microchannel plate 30 is indicated, the original input and main upper
60 9809/085A60 9809 / 085A
PHF.7^-562 4-5-1975.PHF.7 ^ -562 4-5-1975.
flächen flach waren, und wobei die Ebenen der erwähnten Querschnitte mit der Ebene zusammenfallen, in der auch die Eingangshauptoberfläche 31 der Mikrokanalplatte liegt.surfaces were flat, and being the planes of the mentioned Cross-sections coincide with the plane in which the main entrance surface 31 of the microchannel plate also lies.
Ein Elektronenstrahl 33» der durch ein Elektronenstrahler zeugungssystem 3k geliefert wird, z.B. vom Pierce-Typ, das z.B. mit einer Fokussierungsspule und mit Spulen 35 für die Ablenkung des erwähnten Elektronenstrahls ausgerüstet ist, wird an der Eingangshauptoberfläche der Mikrokanalplatte fokussiert.An electron beam 33 'which is supplied by an electron beam generating system 3k, for example of the Pierce type, which is equipped with a focusing coil and with coils 35 for deflecting said electron beam, is focused on the main entrance surface of the microchannel plate.
Weiterhin kann die erwähnte Anordnung einen Ofen zum Erwärmen der Mikrokanalplatte enthalten, um auf diese Weise das Glas auf eine Temperatur nahe der Erweichungstemperatur, jedoch etwas darunter, zu bringen.Furthermore, the mentioned arrangement can contain an oven for heating the microchannel plate in order to in this way to bring the glass to a temperature close to the softening temperature, but slightly below.
Die erwähnte Vorerwärmung kann auch mit Hilfe eines dekonzentrierten Elektronenstrahls erfolgen.The aforementioned preheating can also take place with the aid of a deconcentrated electron beam.
Am. Ende der erwähnten Vorerwärmung hat das Glas eine Tempera-tur von z.B. 450°, während die Erweichungstemperatur des Glases ungefähr 5000C beträgt. Danach wird die Oberfläche 'der Mikrokanalplatte mit Hilfe eines fokussierten Elektronenstrahls hoher Leistung abgetastet.At the. End of said pre-heating the glass has a tempera ture of 450 ° for example, while the softening temperature of the glass is about 500 0 C. The surface of the microchannel plate is then scanned with the aid of a focused high-power electron beam.
Bei Versuchen, die an einer Mikrokanalplatte mit einem Durchmesser von 25 mm und einer Dicke von 2 mm durchgeführt wurden, betrug die zugeführte Energie ungefähr 14O Watt/cm2, wobei die erwähnte Leistung in einem Zeitraum von ungefähr 0,7 Sekunde zugeführt wurde.In tests which were carried out on a microchannel plate with a diameter of 25 mm and a thickness of 2 mm, the energy supplied was approximately 140 watts / cm 2 , the power mentioned being supplied over a period of approximately 0.7 seconds.
Danach wird die Mikrokanalplatte langsamAfter that, the microchannel plate becomes slow
609809/0854609809/0854
PHF. 72I-562. 4-5-1975.PHF. 7 2 I-562. 4-5-1975.
_ α —_ α -
abgekühlt, um auf diese Weise mögliche Temperaturstürze zu vermeiden.cooled down in order to avoid possible drops in temperature.
Unter dem Einfluss der Schwerkraft und der Oberflächenspannung des geschmolzenen Glases, versucht das Ende der Wand jedes Kanals eine gerundete-Form anzunehmen. Während der Abkühlung behält das Glas die auf diese Weise gebildete gerundete Form bei.Under the influence of gravity and the surface tension of the molten glass, tried the end of the wall of each channel to assume a rounded shape. During the cooling process, the glass retains its rounded shape.
Nach einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird die Oberflächenerwärmung über Elektronenbeschuss durch eine Erwärmung mit Hilfe eines Laserstrahles, z.B. eines CO ' Lasers, ersetzt, der die Eingangshauptoberfläche der Mikrokanalplatte abtastet.According to another embodiment of the method the surface heating via electron bombardment is achieved by heating with the help of a laser beam, e.g. a CO 'laser, which replaces the main entrance surface the microchannel plate scans.
Wie zuvor wird das von der Mikrokanalplatte gebildete Ganze zunächst auf eine Temperatur in der Nähe der Transformationstemperatur des Glases gebracht, z.B. in einem Ofen.As before, the whole formed by the microchannel plate is first heated to a temperature in the Brought close to the transformation temperature of the glass, e.g. in an oven.
. Es ist nicht wesentlich wichtig, mit welchen Mitteln die Überflächenerwärmung der Mikrokanalplatte verwirklicht wird, wenn nur für eine verhältnismässig kurze Zeit eine starke stellenweise Erhitzung erfolgt.. It is not essential by what means the surface heating of the microchannel plate is realized if there is strong local heating only for a relatively short time.
609809/0854609809/0854
Claims (1)
Applications Claiming Priority (2)
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| FR7423128 | 1974-07-03 |
Publications (3)
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| JPS5126465A (en) | 1976-03-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |